Проект установки депарафинизации рафината масляного дистиллята нефти месторождения русский хутор избирательными растворителями

Размещено на http://www.allbest.ru

Астраханский Государственный Технический Университет

Кафедра «Химическая технология

переработки нефти и газа»

Курсовой проект

по дисциплине

«Технология получения масел и парафинов»

Проект установки депарафинизации рафината масляного дистиллята нефти месторождения русский хутор избирательными растворителями

Выполнил ст.гр. ЗХТ-61

Проверил: доц. Пыхалова Н.В.

Астрахань 2011 г

Содержание

Введение

1. Технологическая часть

1.1 Теоретические основы процесса

1.2 Характеристика сырья и продуктов

1.3 Описание технологической схемы установки

2. Расчетная часть

2.1 Характеристика сырья и получаемых продуктов

2.2 Материальный баланс процесса депарафинизации

2.3 Расчет регенеративных кристаллизаторов

2.4 Расчет вакуумного фильтра

2.5 Расчет теплообменника

2.6 Расчёт первой отгонной колонны

Заключение

Литература

Приложение

депарафинизация дистиллят сырье кристаллизатор

Введение

Депарафинизацией называют процесс удаления твердых углеводородов из нефтяных фракций. Твердые углеводороды, содержащиеся в масляных рафинатах, способствуют застыванию их даже при положительных температурах, что не позволяет использовать эти нефтепродукты для смазывания детелей машин и механизмов в зимнее время.

Депарафинизация масляных дистиллятов может осуществляться двумя способами:

депарафинизация вымораживанием н-алканов при низких температурах из раствора масляной фракции с растворителем (смесь толуола с метилэтилкетоном) с последующим отделением кристаллов парафина на фильтрах;

каталитическая депарафинизация с использованием специальных катализаторов, на которых при высокой температуре (300-380 0 С) в атмосфере водорода н-алканы селективно подвергаются крекингу на низкомолекулярные и изомеризуются.

Последний является новым способом и только получает широкое распространение, а метод вымораживания широко используется в промышленности уже более 60 лет.

Процесс основан на охлаждении раствора масла в растворителе до температуры от минус 30 до минус 60 0 С. Выпавшие при этом кристаллы (парафиновые углеводороды нормального и частично изостроения) отделяются от суспензии на матерчатых барабанных вакуумных фильтрах в виде твердой лепешки (концентрат парафина - гач, в смеси с небольшим количеством растворителя), а отфильтрованный раствор масла идет на разделение масла от растворителя. Лепешка гача после отделения подогревается (расплавляется), и от нее также отгоняется растворитель.

К числу углеводородов, выделяющихся из масляных рафинатов в твердом кристаллическом состоянии, относятся парафиновые, нафтеновые углеводороды и ароматические углеводороды с длинными алкильными цепями нормального и изостроения. При этом в составе кристаллизующихся углеводородов в низкокипящих фракциях содержатся преимущественно нормальные парафиновые углеводороды. С повышением температур выкипания фракций содержание нормальных парафиновых углеводородов снижается и увеличивается количество парафинов изостроения, а также циклических углеводородов с длинными алкильными цепями. В высококипящих (остаточных) фракциях содержатся циклические углеводороды (главным образом, нафтеновые и в незначительном количестве ароматические) с длинными алкильными цепями.

1. Технологическая часть

1.1 Теоретические основы процесса

Процесс депарафинизации основан на разной растворимости твердых и жидких углеводородов в некоторых растворителях при низких температурах и может применяться для масляного сырья любого фракционного состава. Твердые углеводороды масляных фракций ограниченно растворяются в полярных и неполярных растворителях. Растворимость таких углеводородов подчиняется общей теории растворимости твердых веществ в жидкостях и характеризуется следующими положениями:

растворимость твердых углеводородов уменьшается с увеличением плотности и температур выкипания фракций;

для фракций, выкипающих в одном и том же температурном интервале, растворимость твердых углеводородов одного гомологического ряда уменьшается с увеличением их молекулярной массы.

растворимость твердых углеводородов увеличивается с повышением температуры.

Растворимость углеводородов в полярных растворителях зависит от способности их молекул поляризоваться, что связано со структурными особенностями молекул углеводородов. Вследствие малой поляризуемости молекул твердых углеводородов индуцированные дипольные моменты этих соединений невелики, поэтому растворение твердых углеводородов в полярных растворителях происходит в основном под действием дисперсионных сил. Растворимость остальных компонентов масляных фракций является результатом индукционного и ориентационного взаимодействий, причем действие полярных сил настолько велико, что даже при низких температурах эти компоненты остаются в растворенном состоянии. При понижении температуры влияние дисперсионных сил постепенно ослабевает, в то время как влияние полярных сил усиливается; в результате при достаточно низких температурах твердые углеводороды выделяются из раствора и благодаря наличию длинных парафиновых цепей сближаются с образованием кристаллов.

При кристаллизации из масляных рафинатов выделяются смешанные кристаллы. Это может быть смесь парафиновых и нафтеновых, а также ароматических углеводородов с длинными алкильными цепями. Выделяющиеся кристаллы имеют орторомбическую структуру и по форме напоминают ромбы. Если твердый осадок состоит из парафиновых углеводородов, то ромбические кристаллы имеют острые углы и слоистую структуру, кристаллизация каждого следующего слоя происходит на основе предыдущего.

При кристаллизации ароматических углеводородов с длинными алкильными цепями выделяются мелкие ромбические кристаллы.

Монокристаллические образования соединяются в кристаллическую сетку, т.е. образуют скопления монокристаллов, они имеют рыхлую структуру и задерживают много трудноудаляемой жидкой фазы. Такие образования характерны для плохо очищенного сырья, содержащего смолы.

Чем крупнее и компактнее кристаллы, образующиеся в процессе депарафинизации, тем легче происходит их отделение от жидкой фазы.

Процесс кристаллизации начинается с образования зародышей кристаллов. На образовавшихся зародышах и происходит последующее выделение твердой фазы. Если число первоначально образовавшихся зародышей невелико, то на них образуются крупные кристаллы с легко отделяемой от них жидкой фазой. Напротив, при образовании большого количества зародышей образуется много мелких кристаллов, между которыми скапливается трудноудаляемая жидкая масляная фаза. Обычно мелкие кристаллы образуются при резком снижении температуры. Наличие мелких кристаллов способствует большим потерям масла при депарафинизации, а также получению низкосортного парафина при обезмасливании. Образование кристаллов с хорошей кристаллической структурой зависит от скорости их роста.

На скорость роста кристаллов влияет вязкость среды. Чем она выше, тем меньше скорость продвижения молекул к центрам кристаллизации, тем выше вероятность того, что не дойдя до центра кристаллизации, молекулы вещества образуют новые центры кристаллизации. В этом случае уменьшается конечные размеры кристаллов. Следовательно, для образования крупных кристаллов твердых углеводородов необходимо поддерживать оптимальную вязкость сырьевой суспензии.

Для обеспечения оптимальной вязкости сырьё в процессах депарафинизации разбавляют различными растворителями. Количество добавляемого растворителя должно быть оптимальным, так как при добавлении слишком больших объемов растворителя увеличивается диффузионный путь и выделяющиеся молекулы твердой фазы не успевают продиффундировать к уже имеющимся зародышам. В результате они образуют новые центры кристаллизации, что способствует измельчению кристаллов.

При проведении депарафинизации важно, чтобы в сырье, направляемом для отделения твердой фазы, изначально не было кристаллов, способных стать дополнительными центрами кристаллизации, потому смесь сырья с растворителем предварительно подвергают нагреву до температуры на 10-15 0 С превышающей температуру полной растворимости кристаллов в растворителе. Эта ступень называется термообработкой.

В качестве растворителей для процессов депарафинизации предложено более 300 различных веществ. Однако идеального растворителя до настоящего времени не найдено. В идеальном случае растворитель должен отвечать следующим требованиями:

а) полностью смешиваться с жидкой фазой сырья во всем диапазоне температур охлаждения при относительно невысоких кратностях разбавления;

б) обладать минимальной растворяющей способностью по отношению к парафиновым углеводородам;

в)обеспечивать малую разность между температурой депарафинизации и температурой застывания получаемого масла, то есть иметь малый температурный эффект депарафинизации (ТЭД);

г) ограниченно смешиваться с водой, легко поддаваться осушке и регенерации из водных растворов;

д) иметь не слишком высокую и не слишком низкую температуру кипения;

е) обладать малой вязкостью;

ж) иметь низкую температуру застывания;

з) характеризоваться взрывобезопасностью, нетоксичностью, низкой испаряемостью, низкой коррозионной агрессивностью)

к) быть дешевыми и доступными.

На практике в процессах депарафинизации получили использование ацетон, метилэтилкетон, метилизобутилкетон, метилизопропилкетон, сернистый ангидрид, сжиженный пропан, узкая фракция бензина (нафта).

Из вышеприведенных растворителей сжиженный пропан и нафта являются неполярными растворителями, поэтому наряду с жидкими они растворяют и твердые углеводороды нефти. Для снижения растворяющей способности этих растворителей по отношению к твердым углеводородам требуется существенное понижение температуры депарафинизации.

Полярные растворители не растворяют твердые углеводороды, но при пониженных температурах они не способны полностью растворить всю масляную фазу. По этим причинам полярные растворители используются в смеси с неполярными, например с толуолом. При добавлении толуола к полярному растворителю растворимость в нем парафиновых углеводородов несколько повышается и составляет примерно 0,1-0,2 г на 100 г растворителя.

В зависимости от растворяющей способности применяемых растворителей, а также от требуемой температуры застывания масла подбирают температуру депарафинизации масляной фракции.

Для достижения требуемой температуры застывания масла в различных растворителях необходима разная глубина охлаждения сырья. Разность между температурой застывания масла и температурой депарафинизации называется температурным эффектом депарафинизации (ТЭД). Чем меньше ТЭД, тем эффективнее растворитель.

Понижение температуры застывания масел не может быть безграничным. Оно лимитируется выделением при охлаждении в среде растворителя ценных масляных компонентов. Это может произойти при температурах ниже -10 0С и сопровождается резким снижением выхода масла.

На эффективность процесса депарафинизации оказывает влияние кратность разбавления сырья растворителем. Количество растворителя, применяемого в процессах депарафинизации, зависит от фракционного состава сырья, его вязкости, от требуемой глубина процесса, природы растворителя, числа ступеней фильтрации, от технологической схемы процесса. Чем выше пределы выкипания сырья, тем большей должна быть кратность растворителя к сырью. Большая экономия растворителя наблюдается при применении многоступенчатого процесса депарафинизации и использовании для разбавления суспензии и промывки осадков промежуточных растворов.

Для обеспечения нормального роста компактных, не связанных между собой кристаллов, необходимо поддерживать оптимальные значения концентраций твердых углеводородов в растворе и вязкости последнего. Это обеспечивается за счет порционности подачи растворителя.

При первом разбавлении рекомендуется подать такое количество растворителя, чтобы он мог удержать в растворе низкоплавкие твердые углеводороды до подачи следующей порции. При дальнейшем охлаждении смеси до заданной температуры произойдет самостоятельная кристаллизация низкоплавких углеводородов. Температура начального разбавления должна быть как можно ниже.

Скорость охлаждения сырьевого раствора до температуры начала кристаллизации не оказывает никакого влияния на показатели процесса, поэтому она может поддерживаться на любом, сколь угодно высоком, уровне.

Исходя из вышеизложенного, основными факторами процесса депарафинизации рафинатов являются:

Качество сырья: чем уже пределы выкипания сырья, тем однороднее образующиеся кристаллы, тем лучше твердая фаза отделяется от жидкой.

Природа растворителя: она влияет как на микрокристаллическую структуру образующегося осадка, так и на величину температурного эффекта депарафинизации.

Состав кетон-ароматического растворителя: чем выше содержание кетонов, тем лучше кристаллическая структура образующихся парафинов. Обычно содержание метилэтилкетона в смеси растворителей колеблется в пределах от 30 до 75 % масс. Чем тяжелее сырье, тем меньше кетонов должно быть в смеси.

Кратность разбавления сырья растворителем должна обеспечивать его прокачиваемость и поддерживаться на уровне от 1:3 до 1:5.

Температура фильтрации: эта температура определяет выход и качество масла, она зависит от ТЭД.

Скорость охлаждения: до температуры начала помутнения скорость охлаждения сырьевой суспензии может быть сколь угодно высокой. При дальнейшем понижении температуры скорость охлаждения не должна быть выше 100 0 С/час.

Порционность подачи растворителя: порционное разбавление сырья растворителем позволяет поддерживать оптимальную вязкость раствора и обеспечить формирование благоприятной кристаллической структуры твердых парафинов. Оно применяется при депарафинизации дистиллятных рафинатов широкого фракционного состава.

1.2 Депарафинизация в растворе кетонов

Наиболее распространенным является процесс депарафинизации масляных рафинатов в растворах кетонов. Преимущественное использование кетонов в качестве растворителей для процессов депарафинизации обусловлено следующими причинами:

Возможностью использования смешанного растворителя, состоящего из кетона и ароматического углеводорода. Это позволяет регулировать растворяющую способность растворителя, применять его для депарафинизации различных видов сырья при различных температурных условиях.

Температурный эффект депарафинизации в этих процессах низок и составляет от 0 до 10 0 С.

Выход масла в этих процессах достаточно высок.

При охлаждении масляного сырья в растворах кетонов образуются кристаллы парафиновых углеводородов, обладающие хорошей кристаллической структурой даже при высоких скоростях охлаждения (100 0 С). при этом обеспечивается высокая скорость фильтрации суспензии (от 70 до 140 литров на 1 м3/час).

Температура кипения кетонов невысока.

В качестве растворителей в заводской практике используют смеси ацетона и толуола или метилэтилкетона и толуола. Содержание кетонов в смеси колеблется от 30 до 75 % масс. Соотношение между растворителем и маслом колеблется от 1:3 до 1:6 (в массовых соотношениях).

Поскольку в процессе депарафинизации очень важно обеспечить условия для формирования крупных однородных кристаллов, то следует поддерживать достаточно низкие скорости его охлаждения. При использовании смесей ацетона с толуолом скорости охлаждения могут поддерживаться на уровне 40-60 0 С/час. Использование в качестве растворителей метилэтилкетона или его смесей с толуолом позволяет увеличить скорость охлаждения до 100 0 С в час.

Чем выше содержание кетонов в растворителе, тем лучше структура образующихся кристаллов парафинов, тем легче происходит отделение твердой фазы от жидкой при фильтрации. Скорость фильтрации охлажденной смеси в процессе депарафинизации зависит не только от условий проведения кристаллизации, но и от вязкости растворителя. Более высокомолекулярные растворители обладают и более высокой вязкостью, потому с ростом молекулярной массы кетона снижается скорость фильтрации суспензии.

В процессах депарафинизации с применением кетон-ароматических растворителей серьезное внимание уделяется обезвоживанию растворителя, так как присутствие воды не только снижает растворяющую способность растворителя, но и вызывает обледенение трубопроводов, коллекторов при пониженных температурах, засорение фильтровальной ткани в процессе фильтрации.

1.3 Описание технологической схемы установки

Исходя из свойств перерабатываемого сырья, выбранного растворителя и целевых продуктов выбираем двухступенчатую депарафинизацию в кетон-ароматическом растворителе. Охлаждение сырья и кристаллизация твердых углеводородов проводится в регенеративных кристаллизаторах, а затем в аммиачных.

Установка состоит из двух отделений: кристаллизации и фильтрования; регенерации растворителей из растворов депарафинированного масла и гача.

Кристаллизационное и фильтровальное отделение

Сырье (I) насосом (Н1) подается в водяной холодильник (Х1), где охлаждается до температуры 35°С и направляется в регенеративные кристаллизаторы (КР-1 - КР-17), в которых охлаждение происходит за счет передачи тепла отходящему с установки депарафинированному маслу.

На данной установке ведется переработка сырья узкого фракционного состава, поэтому весь растворитель вводится в рафинат сразу. Раствор охлаждается в первых по ходу регенеративных кристаллизаторах до температуры около 30 °С. Разбавление осуществляется для того, чтобы снизить вязкость сырьевой суспензии и обеспечить беспрепятственную транспортировку сырьевой смеси насосами. Смешение осуществляют при одинаковой температуре смешиваемых потоков, либо температура растворителя должна быть на 2-3 °С выше, чем температура сырьевой суспензии. Соблюдение этого условия необходимо для того, чтобы избежать образования новых центров кристаллизации. Перед аммиачным кристаллизатором (КА-18) путем смешения с фильтратом второй ступени из емкости (Е6) соотношение сырье: растворитель доводим до требуемого значения (1:3). Далее суспензию направляют в аммиачные кристаллизаторы (Е-18) для доохлаждения до температуры фильтрации. Охлажденная до температуры минус 24°С смесь направляется в питательную емкость (Е1) вакуум-фильтра пер-вой ступени. Из емкости (Е1) суспензия поступает в корыто вакуум - фильтра (Ф1). Фильтрация происходит за счет вакуума, создаваемого вакуум-компрессором, который отсасывает инертный газ, поступающий из вакуум-приемников системы инертного газа. Раствор масла выводится через специальную распределительную головку. Для вывода фильтрата распределительное устройство имеет три отвода, которые называются нижней, средней и верхней вакуум-линиями. Раствор масла забирается насосом (Н2) и подается на охлаждение сырьевой смеси в регенеративные кристаллизаторы (КР-17 - КР-1) и в теплообменник (Т1) для охлаждения поступающего на установку из емкости (Е7) влажного растворителя (II). Доохлаждение сухого растворителя (III) до требуемой температуры осуществляется в аммиачном кристаллизаторе (КА-20). Твердый парафин, оседающий на поверхности барабанного фильтра, промывается растворителем, подаваемым насосом (Н5) из емкости «сухого» растворителя (Е8). Температура растворителя, подаваемого на промывку фильтров первой, второй и третьей ступеней, а также на разбавление сырья регулируется путем смешения потоков холодного и слабо охлажденного растворителя, подаваемого насосом (Н5) из емкости (Е8).

Гачевая «лепешка» после промывки поступает в зону сушки и отдувки, после чего снимается с фильтровальной ткани ножом и шнеком выводится в емкость (Е2) сбора раствора гача первой ступени. В шнеке гач разбавляется «сухим» растворителем так, чтобы суспензия содержала 80-85 % масс, растворителя. Из емкости (Е2) суспензия забирается насосом (Н3) и подается в питательную емкость (Е3) второй ступени фильтрации, откуда самотеком перетекает в корыто фильтра второй ступени (Ф2). Температура второй ступени выше, чем первой (на 5-10°С), то есть равна минус 18 °С. Фильтраты всех вакуум-линий второй ступени фильтрации подаются в емкость (Е6). «Лепешка» второй ступени промывается растворителем с температурой равной температуры фильтрации и выводится в емкость (Е4). Отсюда суспензия забирается насосом (Н8) на блок регенерации растворителя.

Регенерация растворителей осуществляется на двух блоках: блоке регенерации растворителей из раствора парафина и на блоке регенерации растворителей из раствора депарафинированного масла.

Регенерация растворителей из раствора депарафннврованного масла.

Регенерация растворителей из раствора депарафинированного масла осуществляется в четыре ступени. Раствор депарафинированного масла (IV) подается через пародистиллятные теплообменники (Т2) и (Т3) и паровой подогреватель (П1) в колонну (К1). Полуотпаренный фильтрат снизу колонны (К1) подается насосом (Н7) через трубное пространство пароподогревателя (П2) в колонну (К2) с температурой 130 - 150°С при давлении Р=0,3 мПа. Пары сверху колонны (К2) вводятся в пародистиллятный теплообменник (Т3), откуда растворитель поступает в конденсатор-холодильник (К-Х1). Остаток снизу колонны (К2) перетекает через пароподогреватель (П3) в колонну (К3) за счет перепада давления. Давление в колонне (К3) составляет 0,17 мПа. Пары растворителя сверху колонны (К3) вместе с парами из колонны (К1) поступают через теплообменник (Т2) и конденсатор-холодильник (К-Х2) в емкость сухого растворителя (Е8).

Недоотпаренное депарафинированное масло снизу колонны (К3) через гидравлический затвор и паровой подогреватель (П4) перетекает в отпарную колонну (К4), в которой остаток растворителя отгоняется острым водяным паром. Пары растворителя и воды конденсируются в конденсаторе-холодильнике (К-Х3) и направляются в емкость обводненного растворителя (Е10). Депарафинированное масло снизу колонны (К4) после охлаждения откачивается в резервуарный парк.

Регенерация растворителя из раствора парафина.

Раствор парафина поступает в отделение регенерации растворителя из парафина. Регенерация растворителя осуществляется в три ступени, так как в растворе парафина содержится меньше растворителя, чем в растворе депарафинированного масла.

Раствор парафина подается через паровые подогреватели (П5) и (П6) в колонну (К5). Пары растворителя сверху колонны (К5) конденсируются и стекают в ёмкость влажного растворителя (Е10). Остаток снизу колонны (К5) насосом (Н9) подается через паровой подогреватель (П7) в колонну (К6). Остаток снизу колонны (К6) через гидравлический затвор, на котором установлен пароподогреватель (П8), перетекает в колонну (К7), где остатки растворителя отпариваются водяным паром. Пары растворителя и воды сверху колонны (К7) конденсируются в конденсаторе-холодильнике (К-Х4) и стекают в емкость обводненного растворителя (Е10). Парафин VII снизу колонны (К7) откачивается в резервуарный парк.

Обводненный растворитель в ёмкости (Е10) разделяется на два слоя. Верхний слой (вода в растворителе) перетекает в емкость влажного растворителя (Е11), где растворитель дополнительно отстаивается от воды. Растворитель внизу емкости (Е10) представляет собой водную фазу, которая содержит 15% масс, растворителя. Для его регенерации водная фаза снизу ёмкости забирается насосом (Н10) и направляется в верхнюю часть колонны (К8), в которой растворитель отгоняется из воды с водяным паром. Снизу колонны вода сбрасывайся в канализацию, а пары растворителя и воды после конденсатора-холодильника (К-Х5) собираются в ёмкости (Е10).

Принципиальная технологическая схема отделений кристаллизации и фильтрования установки двухступенчатой депарафинизации

Н1, Н2, Н3, Н4, Н5 , Н6 - насосы; Т1 - теплообменник; КР1- КР16 - регенеративные кристаллизаторы; КА17, КА18, КА19 - аммиачные кристаллизаторы; Е1, Е2, Е3, Е4, Е5, Е6, Е7, Е8, Е9 - ёмкости; Ф1, Ф2 - фильтры; потоки: I - сырьё; II - влажный растворитель; III - сухой растворитель; IV - раствор депарафинированного масла на регенерацию растворителя; V- раствор парафина на регенерацию растворителя.

Принципиальная технологическая схема отделения регенерации растворителя установки двухступенчатой депарафинизации

Т2, Т3 - теплообменники; П1, П2, П3, П4, П5, П6, П7, П8 - паровые подогреватели; К1, К2, К3, К4 - колонны для регенерации растворителя из раствора депарафинированного масла; Н7, Н9, Н10 - насосы; К-Х1, К-Х2, К-Х3, К-Х4, К-Х5, К-Х6 - конденсаторы-холодильники; К5, К6, К7 - колонны для регенерации растворителя из раствора парафина; Е10, Е11 - ёмкости; К8 - кетоновая колонна; потоки: I - раствор депарафинированного масла; II - раствор гача; III - сухой растворитель; IV - влажный растворитель; V - депарафинированное масло; VI - парафин-сырец; VII - водяной пар; VIII - вода.

2. Расчётная часть

2.1 Характеристика сырья и получаемых продуктов

Сырьем установок депарафинизации являются дистиллятные и остаточные рафинаты, получаемые в процессах селективной очистки. От фракционного химического состава сырья зависит выбор растворителя, его состав, способ и кратность его подачи, температура конечного охлаждения. В характеристику масляных рафинатов входят такие показатели, как: индекс вязкости, плотность, температура застывания. В характеристику гачей входят показатели: содержание масла, температура плавления, плотность.

Сырье - рафинат масляной фр. 350 - 450 0 С никольской нефти бобриковского горизонта.

Таблица 2.1 - Характеристика сырья и депарафинированного масла

Наименование показателей	Значения
Рафинат 350 - 450 0 С Выход на фракцию, % масс. Плотность, кг/м3 Вязкость кинематическая (мм2/с): н50 н100 Индекс вязкости Содержание серы, % масс. Температура застывания, 0 С Депарафинированное масло Выход на фракцию, % масс. 2. Плотность, кг/м3 Вязкость кинематическая (мм2/с): н50 н100 Индекс вязкости Содержание серы, % масс. Температура застывания, 0 С	100 871,8 103 - -20 85 897 22,80 5,41 87 - -22

Выход гача, % масс. - 15

2.2 Материальный баланс процесса депарафинизации

Соотношение сырье: растворитель - 1:2

Производительность установки - 0,3 млн.т./год

Сырье - рафинат фр. 350 - 450 0 С Никольской нефти бобриковского горизонта нефти

Таблица 2.2 - Материальный баланс

Наименование	Количество, % (масс.) от сырья	Состав рас-творов, % (масс.)	Количество, кг/ч
Взято на первой ступени:
1. Рафинат	100,0		37500
2. Свежий растворитель	200,0		75000
3. Раствор фильтрата, 2 ступень в т.ч.	200,0		75000
а) растворитель	190,0	95,0	71250
б) фильтрат 2 ступени	10,0	5,0	3750
4. Растворитель промывки	100,0		37500
Итого взято на первой ступени:	600,0		225000
Получено с первой ступени:
1.Раствор депарафинированного масла	525,0	100,0	196875
а) масло	85,0	16,2	31875
б) растворитель	440,0	83,8	165000
2. Раствор гача:	75,0	100,0	28125
а) гач	25,0	33,3	9375
б) растворитель	50,0	66,7	18750
Итого получено на первой ступени:	600,0		225000
Взято на вторую ступень:
1. Раствор гача первой ступени	75,0	100,0	28125
а) гач	25,0	33,3	9375
б) растворитель на разбавление	50,0	66,7	18750
2. Растворитель промывки	205,0		76875
Итого на второй ступени:	280,0		105000
Получено на второй ступени:
1. Фильтрат второй ступени	200,0	100,0	30000
а) масло	10,0	5,0	5625
б) растворитель	190,0	95,0	24375
2. Раствор гача	80,0	100,0	75000
а) гач	15,0	18,8	3750
б) растворитель	65,0	81,2	71250
Итого получено на второй ступени:	280,0		105000

2.3 Расчёт регенеративных кристаллизаторов

1 Определяем линейную скорость движения раствора сырья в кристаллизаторах по формуле:

W= Vр/(р *d2внут*900*m) , (м/с)

Vр - объем раствора, м3/ч

dвнут. - диаметр внутренней трубы кристаллизатора (0,168 м)

m - число труб в кристаллизаторе (14)

2 Принимаем температуру входа сырья в кристаллизаторы 35 0С.

Плотность сырья:

сс = с420 - б*(t - 20) = 0,8718 - 0,000712*(35 - 20) = 0,86112 г/см3

При температуре 35°С плотности МЭК и толуола составляют :

смэк = 795 кг/м3 ; стол = 860 кг/м3

G - количество компонента , кг/ч

с - плотность компонента, кг/м3

3 Принимаем температуру входа охлаждающего раствора депарафинированного масла в регенеративные кристаллизаторы:

Определяем температуру фильтрации:

tф = tзаст .деп .масла - ТЭД = -21- 6 = - 27 0С

tвх охл.р-ра. = tф + 5 = - 27 + 5 = - 22 0С

4 Принимаем температуру выхода охлажденного раствора сырья из регенеративного кристаллизатора:

tвых. = 0 0С

5 Рассчитываем количество тепла Q, отнимаемое уходящим с установки раствором депарафинированного масла или раствором фильтра:

Q1 - количество тепла, расходуемое на охлаждение сырьевой суспензии, кДж/кг

Q2 - тепловой эффект кристаллизации кДж/час

з - коэффициент использования тепла = 0,97

Количество тепла, передаваемое охлаждающим раствором депарафинированного масла, рассчитывается:

Q1 = Gр-ра * (qtвх. - qtвых.), кДж/ч

Gр-ра - количество раствора депарафинированного масла, поступающего в регенеративные кристаллизаторы = 112500 кг/ч

qtвх и qtвых - энтальпии раствора соответственно поступающего в регенеративные кристаллизаторы и на выходе из них.

Энтальпия раствора определяется как сумма всех его составляющих:

qр-ра = qмасла*а + qМЭК* в + qтол * с, где

а, в, с- массовые доли

q35 = qмасла*0,85 + qмэк*0,9 + qтол*0,6

для масла:

с1515 = 0,8970 + 0,0035/0,8970 = 0,901 г/см3

q35масла = 4,187/(v0,901) * (0,403*35 + 0,000405 *(35)2) = 64,41 кДж/кг

q35мэк = 77,5 кДж/кг

q35тол = 58,25 кДж/кг

q35р-ра = 64,41*0,85+ 77,5*0,9 + 58,25*0,6 = 159,5 кДж/кг

q0масла = 4,187/(v0,901) * (0,403*0 + 0,000405 *(0)2) = 0 кДж/кг

q0мэк = 0 кДж/кг

q0тол = 0 кДж/кг

q0р-ра = 0*0,85+ 0*0,9 + 0*0,6 = 0 кДж/кг

Q1 = 112500*(159,5 - 0) = 17938125 кДж/час

6 Тепловой эффект кристаллизации Q2 определяем по формуле:

Q2 = G*(qпар/100)*л

G - количество депарафинированного сырья, кг/ч

qпар - количество парафинов, выделившихся при охлаждении сырья, % масс.

л - скрытая теплота кристаллизации парафина (222 кДж/кг)

Количество парафинов qпар, выделяющихся при охлаждении:

qпар = ((tн - tвых)/(tн - tк))*П

tн - температура на входе сырья в кристаллизатор (35 0С)

tк - температура депарафинизации ( - 35 0С)

tвых = 0 0С

П - содержание кристаллизующихся парафинов в исходном сырье (1- 0,19)

q = ((35 - 0)/ (35 - (-35)))*(1 - 0,19) = 40 % масс.

Q2 = 37500*(40/100)*222 = 3330000 кДж/час

Тогда Q = (17938125 + 3330000)/0,97 = 21268125 кДж/час

7 Определяем температуру tвых к.ф. выхода фильтрата из регенеративных кристаллизаторов:

Q = Gф*Cф/ *tк.ф. - Gф*Cф/ / *tн.ф.

Q - тепло, отдаваемое фильтратом, кДж/ч

Cф/ и Cф/ / - теплоемкости фильтра при tк.ф и tн.ф.

tк.ф - температура фильтрата на выходе из кристаллизатора.

tн.ф. - температура фильтрата, поступающего в кристаллизатор

Q = Gф*Cф/ *tк.ф. - Gф*Cф/ / *(-22)

Cф/ *tк.ф. = (Q - Gф*Cф/ / *tн.ф)/ Gф

Cф/ / = Смасла*0,15 + Стол*0,34 + Смэк *0,51

Стол = qтол/t = - 47,8/(- 22) = 2,17 кДж/кг 0С

Смэк = qмэк/t = -63,7/(- 22) = 2,89 кДж/кг 0С

Cф/ / = 1,77*0,15 + 2,17*0,34 + 2,89*0,51 = 2,47 кДж/кг 0С

Сф = 196875 кг/ч

Cф/ tк.ф = (21268125 -196875*2,47*22)/196875 = 53,69 кДж/кг

т.к. Cф/ = f(tк.ф), решаем кв. уравнение с помощью ЭВМ находим tк.ф = 15 0С

Поверхность кристаллизаторов определяется по формуле:

F = Q/K*tср (м2)

K - коэффициент теплопередачи. Принимаем = 175 Вт/м2

tср - средняя логарифмическая разность температур

Рассмотрим схему теплообмена:

tв = 35 - 15 = 20 0 С

tн = 0 - (-22) = 22 0 С

tср = (tб+tм )/2= (20+22)/2= 210С

F = 21268125/(175*3,6*21) = 1607,6 м2

Число кристаллизаторов n находим:

n = F/F0

F0 - поверхность охлаждения одного кристаллизатора = 100 м2

n = 1607,6/100 = 16,07 шт. Принимаем 17 шт.

9 Скорость охлаждения раствора сырья в регенеративных кристаллизаторах:

W = Vсырья*Дt/f*m*n*l ( 0 С/час)

Дt = tвх.р- tвых.р = 35 - 0 = 35 0 С

f = р*d2/4 = 3.14*(0,168)2/4 = 0,022 м2 - площадь поперечного сечения внутренних труб.

m - количество труб в кристаллизаторе = 14 шт.

n - количество кристаллизаторов = 17 шт.

l - рабочая длина труб = 12 м.

W = 171*35/(0,022*14*16*12) = 95 0 С

10 Объем одного кристаллизатора:

V = l*р*d2*m/4 = 12*3,14*(0,168)2*14/4 = 3,72 м2

Объем всех кристаллизаторов:

Vобщ. = V*n = 3,72*16 = 59,5 м3

Таблица 2.3 - Технические характеристики кристаллизатора КРСН -100-70:

Показатели	Значения
Поверхность теплообмена, м2 Расчетное давление, МПа: во внутренних трубах в наружных трубах Температура, 0 С во внутренних трубах в наружных трубах Мощность электродвигателя, кВт	100 4,0 4,0 -60 -68 7,5

2.4 Расчёт вакуумного фильтра

1 Определяем количество вакуумных барабанных фильтров:



Vр-ра -объем сырьевой смеси, поступающей в фильтр, м3/ч

F - полная поверхность одного фильтра, принимаем 40 м2

с - пропускная способность фильтра (1000 л/м2ч)

с-22 = с420 - б*(t - 20); б= 0,000903-0,00132*(с420 -0,7)

б=0,000903-0,00132*(0,8718-0,7)=0,0006763

с-22=0,8718-0,0006763*(-22-20)=0,870 кг/м3

Принимаем вакуумные фильтры в количестве 6 штук.

Таблица 2.4 - Технические характеристики фильтра

Марка	Поверхность, м2	Диаметр, м	Ширина, м	Мощность, кВт	Частота вращения,об/с
Б-40 3,0/4,4	40	3	4,4	0,074	0,05

Для удобства обычно на две ступени фильтрации принимают один дополнительный вакуумный фильтр, который можно использовать и на первой и на второй ступени в случае ремонтных или профилактических работ.

2.5 Расчёт теплообменника

1 Составляем тепловой баланс:

Q = G1 (qф.к - qф.н) = G ( qр-ль.н - qр-ль.к)*з

qф - энтальпия холодного теплоносителя (фильтрата), кДж/кг

qр-ль - энтальпия растворителя , кДж/кг

q = 4,187/vс1515 *(0,403*t+ 0.000405*t2)

2 Находим плотность фильтрата:

Gф/сф = Gм/см + Gтол/стол + Gмэк/смэк

смэк = 870 кг/м3

стол = 805 кг/м3

196875/ сф = 31875/901 + 98376,8/805 + 147565,2/870 = 174,55 кг/м3

сф = 1127,9 кг/м3

сф1515 = 1,1279 + 0,0035/1,1279 = 1,13 г/см3

3 Находим температуру фильтрата на выходе из теплообменника:

qтол35 = 53,24 кДж/кг

qмэк35 = 71,3 кДж/кг

qр-ль35 = (53,24 + 71,3)/2 = 62,27 кДж/кг

Принимаем з = 0,98

qтол25 = 41,3 кДж/кг

qмэк25 = 55,1 кДж/кг

qр-ль25 = (41,3 + 55,1)/2 = 48,2 кДж/кг

Q = 75000*( 62,27 - 48,2)*0,98 = 1034145 кДж/кг

qф.к = Q1/G1 + qф.н = 1034145/196875 + 24.24 = 29.49 кДж/кг

Температура выхода фильтрата из Т-1, соответствует энтальпии Jф.к

tк = 20 0 С ( с помощью ЭВМ)

4 Находим поверхность теплообмена и выбираем теплообменник:

t1 = 35 0С горt2 = 25 0С

t3 = 20 0С холt4 = 15 0С

Дtб = 15 0С Дtм = 10 0С

Т.к. Дtб / Дtм = 15/10 = 1,5 < 2? то средняя разность температур равна

Дtср = (Дtб + Дtм)/2, = (15 + 10)/2= 12,5 0С

Q = K* F*ДtсрK = 120 Вт/м2К

F = Q/ K* Дtср

F = 1034145/(120*12,5) = 689,4 м2

Принимаем по ГОСТ 11971 - 79 теплообменник с неподвижными трубными решётками со следующими характеристиками:

Диаметр кожуха - 1200 мм

Диаметр труб - 20 мм

Число ходов по трубам - 2

Поверхность теплообмена - 690 м2

2.6 Расчёт испарительной колонны

Принимаем тарелки клапанного типа, т.к. они особенно эффективны для колонн, работающих при переменных нагрузках по пару и жидкости, а также для колонн, в которых требуется добиться повышенной четкости разделения. По сравнению с другими тарелками, клапанные имеют меньшую стоимость, низкое гидравлическое сопротивление, меньший унос капелек жидкости с выходящим потоком паров, а также большую производительность.

Определяем состав сырья первой отгонной колонны блока регенерации растворителя. Расчетные данные сводим в таблицу 2.5.

Для расчёта необходимо определить молекулярную массу депарафинированного масла по формуле Крега:

- плотность депарафинированного масла при 15°C

Таблица 2.5 - Состав сырья первой отгонной колонны

Компоненты раствора	кг/ч	Массовая доля	Молеку-лярная масса, М	кмоль/ч, N	Мольная доля, а
Депарафинированное масло	31875	0,1515	309,3	103,0	0,0182
МЭК	147565,2	0,5091	72	2049,5	0,6598
Толуол	98376,8	0,3394	92	1069,3	0,3222
Итого:	277817	1,0000		3221,8	1,0000

Принимаем температуру ввода сырья в колонну tBc=100°C

Для обеспечения отгона паров из раствора необходимо установить дав-ление (Р) в колонне меньше суммы парциальных давлений компонентов сырьевой смеси.

Р< УPi*бi

где Рi- давление насыщенных паров i-ro компонента при 100°С;

б - мольная доля i-ro компонента.

Давление насыщенных паров МЭК и толуола при 100°С определяем по справочным данным:

Рмэк (100°С) = 202,16 кПа

Ртол (100°С) = 73,99 кПа

Давление насыщенного пара депарафинированного масла при темпера-туре отгона масла принимаем равным нулю.

Суммарное давление насыщенных паров МЭК и толуола с учетом их мольной доли в растворе равно:

Рмэк +Ртол = 202,16* 0,6598 +73,99* 0,3222 =157 кПа (0,157 МПа)

Предварительные расчеты показали, что для того, чтобы доля отгона растворителя в колонне не превышала 45 % (мае), необходимо поддерживать давление в зоне ввода сырья Рве = 136 кПа (0,136 МПа).

Принимаем перепад давления на тарелке Рт = 0,7 кПа.

Определяем давление по высоте колонны:

-давление наверху

Рв = Рвс - Рт*nу = 136-0,7*2 = 134,6 кПа (0,1346 МПа)

-внизу колонны

Рн = Рвс + Рт*nо = 136 + 0,7*6 = 140,2 кПа (0,1402 МПа)

Основой расчета доли отгона паров является уравнение изотермы паро-жидкостного потока:

где бi - мольная доля i-ro компонента;

Ki - константа фазового равновесия i- ro компонента, кПа.

Ki = Pi/P

Р - общее давление в колонне, кПа;

Pi - давление насыщенных паров i-ro компонента. кПа;

е - мольная доля отгона.

Мольная доля каждого компонента в парах yi определяется по уравне-нию:

Решая это уравнение относительно е методом последовательного при-ближения, определяем мольную долю отгона (е). Расчетные данные сводим в табл.

Таблица 2.6 - Расчет мольной доли отгона растворителя

(Условия разделения фаз: температура t = 100°С, давление Рвс = 0,136 МПа)

Компонент	Мольная доля, б	P(i), кПа	Ki	Уi
Депарафинированное масло	0,0182	0	0	0
МЭК	0,6598	202,16	1,4865	0,8005
Толуол	0,3222	73,99	0,544	0,1995
Итого:	1,0000			1,0000

 Методом последовательных приближений мольная доля отгона раство-рителя е = 0,405 (значение е определили с использованием ЭВМ).

Следовательно, количество паров, уходящих с верха колонны, составит:

Nпар = e*N = 0,411*3221,8 = 1304,8 кмоль/ч,

в т.ч. МЭК

Nмэк = Nпар * 0,8005 = 1304,8 * 0,8005 = 1044,5 кмоль/ч,

Nтол = Nпар * 0,1995 = 1304,8* 0,1995 = 260,3 кмоль/ч

или Gмэк = Nмэк*Mмэк = 1044,5 * 72 = 75204 кг/ч

Gтол = Nтол*Mтол = 260,3*92 = 23947,6 кг/ч

Ммасла = 44,29*с1515/(1030 - с1515) = 44,29*901/(1030 - 901) = 309,3

Составляем материальный баланс первой отгонной колонны:

Таблица 2.7. - Материальный баланс колонны

Наименование	Молек. масса, М	кмоль/ч, N	Мольная доля, б	Масса, кг/ч	Массовая доля
Взято:
1. Депарафинированное масло	309,3	103,0	0,0181	31875	0,1515
2. МЭК	72,0	2049,5	0,6598	147565,2	0,5091
3. Толуол	92,0	1069,3	0,3222	98376,8	0,3394
Итого:		3221,8	1,0000	277817	1,0000
Получено:
1. Паровая фаза, в т. ч.:
МЭК	72,0	1044,5	0,8005	75204,0	0,7585
Толуол	92,0	260,3	0,1996	23947,6	0,2415
Всего:		1304,8	1,0000	99151,6	1,0000
2. Жидкая фаза, в т. ч.:
Депарафинированное масло	309,0	103,0	0,053	31875	0,1784
МЭК	72,0	1005,0	0,524	72360	0,4050
Толуол	92,0	809,0	0,423	74428	0,4166
Всего:		1917,0	1,000	178663	1,0000
Итого:				277814,6

 Из материального баланса следует, что в первой колонне отгоняется от всей массы растворителя:

99151,6/(147565,2 + 98376,8)*100% = 40 % масс.

По промышленным данным количество выделяемого растворителя (% масс. от общего количества) составляет для первой колонны 35 - 45%, т.е. ус-ловие выполняется.

Температура верха колонны рассчитывается по изотерме паровой фазы

для дистиллята.

Таблица 2.8 - Расчет температуры верха колонны

(Условия: давление Рв = 0,1346 МПа)

Компо-нент	P(i), МПа	Мольная доля, бi	Ki
МЭК	0,1584	0,7462	1,177
Толуол	0,0645	0,2538	0,479
Итого:		1,0000

Методом последовательных приближений при Рв = 0,1346 МПа темпе-ратура верха колонны tв= 96 °C (значение tв определили с использованием ЭВМ).

Определяем количество паров, проходящих в наиболее нагруженном сечении колонны (сечение под верхней тарелкой колонны):

Vсек = 2,28*10-6 (Тв/Рв)*Nр-ль (м3/с)

Nр-ль - количество паров растворителя, кмоль/ч

Vсек = 2,28*10-6* ((96 + 273)/0,1346)*1304.8 = 8,16 м3/с

Находим допустимую скорость паров в рассчитываемом сечении колонны:

Wдоп = 8,46*10-5* m1*Cmax * v(сж - сп)/сп , (м/с)

m1 - коэффициент, зависящий от типа тарелок: для клапанных тарелок m1= 1,15;

Сmax - коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками: расстоянии между тарелками hT = 0,6м Сmах = 760;

сж = (с + с)/2

сп = Gп/3600* Vсек = 99151.6/3600*8,16 = 0,00338 г/см3

Wдоп = 8,47*10-5*1,15*760*v(0,8457 - 0,00338)/0,00338 = 1,98 м/с

Рассчитываем диаметр колонны:

Dк = 0,886*v Vсек / Wдоп = 0,886*v8,16/1,98 = 1,3

Принимаем Dк 1,8 м

Определяем конструктивную высоту колонны:

Нобщ = Нв + Нн + Нэв + Нт* (n - 1) + Нпост

Нт = 0,6 м - расстояние между тарелками

n = 8

Нв = 0,5* Dк + Нт = 0,5*1,8 + 0,6 = 1,9 м

Из условия обеспечения не менее, чем дести минутного запаса жидкости внизу колонны:

Нн = 0,5* Dк + 5* Нт = 0,5*1,8 + 5*0,6 = 3,9 м

Высоту зоны ввода сырья в колонну принимаем равной Нэв = 1,5 м.

Высоту части бетонного постамента от нижнего днища до земли принимаем

Нпост = 2 м

Нобщ = 1,5 + 3,9 + 1,5 + 0,6*(8 - 1) + 2 = 13,1 м.

Заключение

Задание на курсовой проект выполнено, при этом:

- выбрана двухступенчатая депарафинизация в кетон - ароматическом растворителе МЭК:толуол (0,6:0,4);

- выбраны регенеративные кристаллизаторы марки КРСН-100-70, в количестве 17 штук;

- выбраны вакуумные барабанные фильтры Б 40 3,0/4,4 в количестве 3 штук;

- произведен расчет теплообменника Т-1;

- произведен расчет первой отгонной колонны К-1 и определены её основные размеры.

Литература

1 Черножуков Н. И. Технология переработки нефти и газа, ч. 3. М.:
Химия, 1978, 424 с, ил.

2 Нефти СССР. Справочник. Т-2. М.: Химия. 1972. 616 с.

3 Справочник нефтепереработчика. /Под ред. Ластовкина. М.: Химия,
1986. 648 с, ил.

4 Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природ-
ного газа. М.: Химия, 2001. 568 с, ил.

5 Пыхалова Н. В. Конспект лекций по дисциплине "Технология полу--
чения масел и парафинов". Учебное пособие. Астрахань, АГТУ.
2001. 145 с.

6 Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие
по проектированию. Под ред. Ю. И. Дытнерского. М.: Химия, 1991.
496 с

7 Мановян А.К., Тараканов Г. В. Технологический расчет аппаратуры
установок дистилляции нефти и ее фракций. Астрахань, АГТУ.
1998.

8 Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии
переработки нефти и газа, М.: Химия, 1973. 256с.

Приложение 1

Кристаллизатор регенеративный с вращающимися скребковыми устройствами КРСН-100-70:

1 - трубная горизонтальная секция; 2 - скребковое устройство; 3 - волнистый компенсатор; 4 - переходник задний; 5 - переходник передний; 6 - уплотнение вала; 7 - промежуточный валик с шарнирными устройствами; 8 - ведущая звёздочка; 9 - роликовая цепь; 10 - герметизированный корпус привода; 11 - мотор-редуктор; 12 - вертикальная передняя стойка для крепления секций; 13 - задняя стойка; I - ввод рафината с растворителем; II - вывод суспензии твёрдых углеводородов; III - ввод фильтрата (депарафинированного масла с растворителем); IV - вывод депарафинированного масла с растворителем.

Приложение 2

Схема устройства и присоединения вакуумного фильтра непрерывного действия:

1 - регулятор уровня в корпусе фильтра; 2 - корпус фильтра; 3 - крышка; 4 - смотровые окна; 5 - вращающийся барабан; 6 - маточники для промывки лепёшки; 7 - шнек; 8 - распределительная головка; 9 - нож для снятия лепёшки с барабана; 10 - вакуум-приёмник (а- отделение для кондиционного фильтра и холодной промывки, б- отделение для некондиционного фильтрата и фильтрата горячей промывки); 11 - насос для откачки депарафинированного раствора на отгонку растворителя; 12 - насос для откачки растворов в сырьевую ёмкость; 13 - вакуум-насос; 14 - водяной холодильник циркулирующего газа; 15 - аммиачный или пропановый холодильник

Приложение 3

Кожухотрубчатый теплообменник с неподвижными трубными решётками:

1 - распределительная камера; 2 - кожух; 3 - теплообменная труба; 4 - поперечная перегородка; 5 - трубная решётка; 6 - крышка кожуха; 7 - опора.

Приложение 4

Ректификационная колонна:

Потоки: I - раствор депарафинированного масла; II - полуотпаренный фильтрат; III -пары; IV - сухой растворитель

Размещено на Allbest.ru

...